پروفسور دکتر مهدی زارع پژوهشکده بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله در گفت وگو با خبرنگار ایسنا، اظهار کرد: تهران و منطقه جنوبی البرز در دامنه رشته کوه البرز، دشت آبرفتی عظیمی که با جریان شدید آب های زیرزمینی مواجه است، قرار گرفته است و ارتباط خشکسالی و لرزه خیزی منطقه قابل ارزیابی است. تهران توسط گسلهای فعال اصلی فراوانی بهویژه گسلهای «مشا»، «تهران شمالی»، «گسل ایوانکی»، «کهریزک»، «پیشوا» و «رباط کریم» احاطه شده است.
وی با تاکید بر اینکه گسل “مشا” توانایی ایجاد زمین لرزه هایی با بزرگای بیش از 7 ریشتر را دارد، افزود: به نظر می رسد این گسل در 195 سال گذشته گسیختگی قابل توجهی نداشته است و این در حالی است که تنش های زمین ساختی پیوسته بر آن “بارگذاری” می شود.
زارع افزود: از سوی دیگر تهران به دلیل برداشت گسترده آب های زیرزمینی یکی از بالاترین نرخ های فرونشست را در جهان تجربه می کند. کاهش سفره های آب زیرزمینی که به دلیل خشکسالی مزمن تشدید شده است، باعث فرونشست و فرونشست زمین شده است. این فرآیند دو اثر بر پوسته زمین دارد. به حدی که همزمان با حرکت عمودی ناشی از فرونشست، پوسته به صورت کشسانی برگشته یا الگوی توزیع فشار در امتداد لبه گسل تغییر می کند.
استاد پژوهشکده بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله با اشاره به اینکه کاهش شدید حجم آب در حوضه تهران باعث کاهش بار روی پوسته و دیواره های گسل ها می شود، گفت: این «تخلیه بار» می تواند تنش کولن را تغییر دهد. شاخصی که تعادل بین نیروهای مخالف لغزش گسل و نیروهای محرکه لغزش را توصیف می کند.
این مکانیسم که به «برهم کنش خشکسالی و لرزه خیزی» در جنوب رشته کوه البرز معروف است، از یک الگوی زمانی خاص مرتبط با چرخه های فصلی و نوسانات اقلیمی پیروی می کند.
اثرات خشکسالی شدید
زارع خاطرنشان کرد: خشکسالی شدید با کاهش تجمع برف در ارتفاعات البرز و خشک شدن دشت های ورامین و تهران، بار سطحی فصلی طبیعی روی پوسته را کاهش می دهد. این کاهش بار می تواند منجر به افزایش جزئی در ریززلزله ها با تغییرات جزئی در تنش موثر شود. اگرچه آنها لزوماً به این معنی نیستند که یک زلزله بزرگ رخ خواهد داد، لرزش های کوچکی که برخی از محققان فکر می کنند نشانه ای از توزیع مجدد تنش در پوسته است.
وی ادامه داد: یکی از دوره های بحرانی پایان خشکسالی طولانی است. هنگامی که باران شدید و سیل رخ می دهد، آب می تواند به سرعت در شکاف های سنگ نفوذ کند و فشار سیال منفذی را در مناطق گسلی افزایش دهد. افزایش فشار آب حفرهای، تنش و اصطکاک مؤثر در سطح گسل را کاهش میدهد و اگر با شرایط تنش بحرانی همزمان باشد، ممکن است احتمال لغزش را افزایش دهد.
زارع تصریح کرد: این امر باعث افزایش فشار آب منفذی در پهنه گسل می شود. آب به عنوان یک جک هیدرولیک عمل می کند و اصطکاک روی صفحه گسل را کاهش می دهد و به طور بالقوه انرژی تکتونیکی ذخیره شده یک رویداد بزرگ را آزاد می کند. فرونشست زمین همراه با خشکسالی آب و هوایی احتمالاً دوره بازگشت “عمده” را کوتاه می کند.
این استاد ریسک تاکید کرد: خشکسالی که یک رویداد صرفا جوی است می تواند زمین لرزه های بزرگی با بزرگی بیش از 7 ریشتر را ایجاد کند. اگرچه خشکسالی باعث ایجاد زلزله نمی شود، اما می تواند نقش محرکی داشته باشد، به ویژه در مناطقی که لرزه خیزی وجود ندارد یا فعال است و برای مدت طولانی پارگی عمده ای را تجربه نکرده است.
فواره غول پیکر از صفحه تکتونیکی
استاد پژوهشکده بین المللی زلزله با تاکید بر اینکه «تخلیه بار» یعنی اثر چرخش کشسان پوسته زمین به طرز باورنکردنی انعطاف پذیر است، یادآور شد: صفحه تکتونیکی مانند یک چشمه غول پیکر را در نظر بگیرید. در سال های مرطوب، مقادیر زیادی آب زیرزمینی و برف انباشته شده، وزن پوسته را کاهش می دهد. این فشار عمودی می تواند به انواع خاصی از خطاها “چسبیده” و اصطکاک را افزایش دهد که از لغزش جلوگیری می کند. در زمان خشکسالی، این وزن زیاد با برداشت آب های زیرزمینی و تبخیر آب های سطحی از بین می رود. پوسته به سمت بالا “پیچ می شود”.
وی افزود: برای گسلی که از قبل تا نقطه گسیختگی کشیده شده و در محدوده لرزه ای قرار ندارد، ممکن است این برآمدگی ظریف برای کاهش نیروی گیره و لغزش گسل کافی باشد.
زارع افزود: فشار سیال منفذی آب به عنوان روان کننده عمل می کند. تغییرات سریع سطح آب (تخلیه سریع در هنگام خشکسالی یا پر شدن مجدد ناگهانی در طول سیل پس از خشکسالی) فشار مایعات محبوس شده در منافذ سنگ را تغییر می دهد. اگر فشار آب منفذی افزایش یابد، با کشش طبیعی که دو طرف صفحه گسل را کنار هم نگه می دارد، مقابله می کند.
این محقق خطر خاطرنشان کرد که اگر خشکسالی با باران شدید همراه باشد، تجمع ناگهانی آب می تواند به منطقه گسل حرکت کند و به طور موثر چرخ ها را برای یک رویداد بزرگ به حرکت درآورد. در زمان خشکسالی های شدید، ارتفاع کوه های اطراف گسل به دلیل از بین رفتن آب های زیرزمینی چندین میلی متر افزایش می یابد. این چند میلی متر در هزاران کیلومتر مربع باعث تغییر نیرو می شود.
خشکسالی کل انرژی لرزه ای را افزایش نمی دهد، اما می تواند روند را تسریع کند. در غیاب زمین لرزه ای که در آن پوسته از قبل “تحت تنش” است، زلزله ای با بزرگی بیش از 7.0 همراه با “کاهش وزن آب” می تواند تنش نهایی لازم برای شروع گسیختگی را فراهم کند.
زارع با تاکید بر اینکه مناطق کوهستانی شمال شهر تهران در مجاورت دشتهای جنوب قرار دارند و ریزش قابل توجهی داشتهاند، گفت: میزان ریزش در برخی از مناطق دشت تهران یکی از بالاترینهای ثبت شده در کشور است. فرآیندهای تکتونیکی در امتداد سیستم راندگی شمال تهران باعث بالا آمدن کوه و هل دادن آن به سمت جنوب می شود. بر اساس برآوردهای دیرینه لرزه شناسی، دوره بازگشت زلزله با بزرگای تقریبی 7 ریشتر در شمال تهران به طور متوسط 3500 سال برآورد می شود و عدم وقوع یک رویداد بزرگ در دوره تاریخی لزوماً به معنای کاهش خطر نیست.
تنش موثر بر گسل ها در خشکسالی
وی ادامه داد: در شرایط خشکسالی چند ساله، کاهش ذخیره برف و آب های سطحی در ارتفاعات البرز می تواند بار سطحی روی پوسته را کاهش دهد و در نتیجه بر میزان تنش مؤثر در پهنه های گسلی تأثیر بگذارد، این تغییرات بارگذاری می تواند شرایط لغزش را در چارچوب مدل های تنش کولن تعدیل کند، اما میزان این تأثیر به بزرگی می تواند بعد از تغییر تنش خشکی و وضعیت قبلی دستخوش تغییرات عقربه خشکی و خشکی دیگر بستگی دارد. نفوذ در ترک ها و افزایش فشار آب حفره ای در عمق، افزایش فشار آب حفره ای با کاهش تنش موثر و اصطکاک در سطح گسل همراه است و در صورتی که گسل نزدیک به آستانه شکست باشد، ممکن است احتمال گسیختگی را افزایش دهد.
این استاد پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی گفت: جنوب و غرب تهران در جنوب (ری، کهریزک) و غرب (شهریار) فرورفته است. به طوری که برخی از مناطق به دلیل برداشت از آب های زیرزمینی برای کشاورزی و صنعت سالانه بیش از 30 سانتی متر فرو می روند. گسل های شمال و غرب تهران و در کهریزک، پیشوا و ایوانکی تا حدی در زیر لایه های نرم آبرفتی خاک مدفون شده اند. گسل ایوانکی در جنوب شرقی تهران به دلیل فعالیت زیاد و قرار گرفتن در نزدیکی سطح آب زیرزمینی ورامین در معرض دبی شدید آب قرار دارد.
وی تأکید کرد که با کاهش «فشار حفرهای» در سنگهای نزدیک به سطح زمین و فشردهسازی خاک، امکان ایجاد رویدادهای «لغزش» روی این گسلها وجود دارد. خشکسالی به عنوان یک عامل تسریع کننده عمل می کند. فرونشست های ناشی از خشکسالی انرژی زمین ساختی تولید نمی کند، اما اصطکاک روی گسل را تغییر می دهد و به طور بالقوه «زلزله بزرگ» را در زمان به جلو می راند.